Actividad: Intercambio de calor en una casa

Intercambio de calor en una casa

El hombre puede vivir en diversas regiones de la Tierra, desde los trópicos hasta los polos, en los boques y en el desierto, en las llanuras o montañas. Aun cuando las condiciones climáticas resulten hostiles, el ser humano diseña y construye sus viviendas para protegerse de las inclemencias del tiempo aprovechando diversos materiales.

La historia. la tradición y las modas arquitectónicas contribuyen a determinar la forma y el tipo de las construcciones. ¿ Con qué materiales se construye una casa? ¿ Por qué para un determinado uso y función se requieren distintos materiales? En los últimos años la preocupación de los arquitectos, y también de los cintíficos a la hora de proyectar un edificio se manifiesta en la obtención y aprovechamiento de los materiales con el fin de optimizar el uso de energía en las viviendas. La sociedad moderna requiere grandes cantidades de energía para su funcionamiento normal, pero es importante reflexionar sobre el uso óptimo y racional de las fuentes de energía como el carbón, el gas natural, el petroleo y todos sus derivados, ya que no son renovables.

Es importante para una vivienda tener una adecuada aislación térmica en todos los lugares posibles de fuga o pérdida de calor, sobre todo del techo,dado que el aire caliente es menos denso y tiende a subir. Existen actualmente en el comercio variedades de aislantes térmicos que reducen esas pérdidas y permiten ahorrar energía. Entre ellos el telgopor, las maderas, los plásticos, las planchas de corcho, las fibres de vidrio, los ladrillos huecos, refractarios, etc.

En una casa típica se disipa calor al exterior en los siguientes porcentajes: Un 15 % por las paredes por conducción y convección, un 25 % se transfiere a través del techo por conducción y convección, un 5 % se escapa de chimeneas y otros conductos, un 5% a través de rendijas, un 35 % a través de las ventanas por conducción y radiación, un 15 % por conducción a través del suelo.
¿ De qué depende la mayor o menor cantidad de energía transferida?
Los ingenieros y arquitectos consideran que la transferencia de energía desde el interior hacia el exterior dependen fundamentalmente de los siguientes factores:
a- La diferencia de temperatura entre el interior y el exterior de la habitación. Cuanto mayor es esta diferencia, mayor es el flujo de energía y más rápido se produce el intercambio.
b- Las superficies de los distintos materiales que componen la habitación. Cuanto mayor es la superficie, mayor transferencia de energía al exterior.
c- El tipo de material empleado.
La transferencia de calor a través de un material se calcula con la siguiente ecuación:
Q/ t = K A ( T2 - T1)
                      L
Q/ t : es la transterencia de calor por unidad de tiempo.Unidad: J/s
K : conductividad térmica del material. Unidad; J/ s.m.°C
T2 y T1: temperatura exterior e interior respectivamente.Unidad: °C
L : espesor. Unidad: m
A: área. Unidad: m2
Actividad:
1- Confeccionen una lista de las partes de una casa que pueden llevar aislantes térmicos y averiguen con qué materiales están fabricados.
2- Realicen un diseño experimental para calcular la energía que se transfiere del interior al exterior de la ventana de sus respectivas casas. K del vidrio 0,84 J/s . m .°C

Formas de transmitir el calor

Práctica de calor y calor latente

Resuelve
1- ¿Cuánto calor se necesita para transformar un cubo de hielo de 40 g a - 2 °C en vapor de agua a 101 °C?Emplear los valores de Ce y L del problema ya corregido.
2- ¿Cuánto calor se necesita para evaporar un cubo de hielo de 1 g inicialmente a 0 °C ?Emplear los valores de Ce y L del problema ya corregido.
3- Se emplea un calentador de 500 w de potencia para calentar 1 L de agua, llevándola de los 20°C hasta los 100°C. Calcule el tiempo que debe estar funcionando el calentador, suponiendo que toda la energía calorífica disipada por el calentador es absorbida por el agua. 1L de agua posee una masa de 1 kg, Ce agua 4187 J/ kg °C
4- Un trineo de 200 g de masa desciende, partiendo del reposo, por una pendiente de hielo de 80 m de desnivel. Al alcanzar el llano, su velocidad es de 11,11 m/s. hallar la energía perdida ( convertida en calor) Rta: 34555,65 cal.

Práctica de calorimetría

1- ¿ Qué temperatura deben tener 80 g de mercurio, para que desprendan 600 cal y alcancen una temperatura de 40°C?
2- ¿ Cuántas calorías se necesitan para elevar desde 20°C a 100°C, la temperatura de: a) 10 g de agua,b) 10 g de hierro?Ce agua = 4,19 x 10 3 J/kg °C; Ce hierro= 448 J/kg °C
3- Expresar en J/kg: a) 80 cal/g, b) 540 cal/g
4- Calcular el calor total que se necesita para transformar un bloque de hielo de 1 kg a -30 °C en vapor de agua a 120°C. Realiza una gráfica de la temperatura en función del calor. Ce hielo = 2090 J/kg °C; Lf = 3,33 x 10 5 J/kg; Ce agua = 4,19 x 10 3 J/kg °C; Lv= 2,26 x 10 6 J/kg; Ce vapor = 2,01 x 10 3 J/kg °C.
5- Un baquero dispara una bala de plata de 2 g con una rapidez de salida de 200 m/s a la pared de madera de pino de una cantina. Suponga que toda la energía interna generada por el impacto permanece en la bala.¿Cuál es el cambio de temperatura de la bala?Ce plata 234 J/kg °C.